(57)【要約】【課題】燃料の漏出を防止し信頼性の向上した燃料電池装置を提供する。【解決手段】燃料電池装置は、化学反応により発電を行う起電部３２と、燃料を供給する燃料供給口２２ａおよび空気を取込む空気取込み口２２ｂを有し、燃料を収容した燃料タンク２２と、燃料タンクの燃料供給口から供給された燃料を起電部を通して循環させる燃料流路３６および起電部を通して空気を循環させる空気流路３８とを有し、起電部に燃料および空気を供給する循環系３４と、を備えている。燃料タンクの空気取込み口は循環系内に接続されている。【選択図】      図３
2007323920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学反応により発電を行う起電部と、
燃料を供給する燃料供給口および空気を取込む空気取込み口を有し、燃料を収容した燃料タンクと、
前記燃料タンクの燃料供給口から供給された燃料を前記起電部を通して循環させる燃料流路および前記起電部を通して空気を循環させる空気流路とを有し、前記起電部に燃料および空気を供給する循環系と、を備え、
前記燃料タンクの空気取込み口は前記循環系内に接続されている燃料電池装置。
【請求項２】
前記循環系は、前記起電部の上流側で前記空気流路に設けられた吸気フィルタと、前記起電部の下流側で前記空気流路に設けられた排気フィルタと、を有し、前記燃料タンクの空気取込み口は前記吸気フィルタと排気フィルタとの間で前記空気流路に接続されている請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記循環系は、前記起電部の下流側で前記空気流路および燃料流路の少なくとも一方に設けられ、気体と液体とを分離する気液分離器を備え、前記燃料タンクの空気取込み口は、前記起電部と気液分離器との間で前記循環系に接続されている請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記循環系は、前記起電部の下流側で前記空気流路および燃料流路の少なくとも一方に設けられ、気体と液体とを分離する気液分離器を備え、前記燃料タンクの空気取込み口は、前記気液分離器に接続されている請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記燃料タンクの空気取込み口と前記循環系内とを接続した配管と、前記配管内に設けられ、前記空気取込み口側から前記循環系側への流体の流れを規制するバルブと、を備えている請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項６】
前記燃料タンクの空気取込み口と前記空気流路とを接続した第１配管と、前記燃料タンクの空気取込み口と前記燃料流路とを接続した第２配管と、前記第１配管内に設けられ、前記空気取込み口側から前記空気流路側への流体の流れを規制する第１バルブと、前記第２配管内に設けられ、前記燃料流路側から前記空気取込み口側への流体の流れを規制し、前記空気取込み口側から前記燃料流路側への流体の流れを許容する第２バルブと、を備えている請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項７】
前記循環系は、前記吸気フィルタの上流側で前記空気流路に設けられた第１開閉バルブと、前記排気フィルタの下流側で前記空気流路に設けられた第２開閉バルブと、を有し、
前記第１および第２開閉バルブの開閉を制御する制御部を更に備えている請求項２に記載の燃料電池装置。
【請求項８】
前記燃料タンクは、脱着可能な燃料カートリッジにより構成され、
所定位置に装填された前記燃料カートリッジを前記所定位置にロックするロック機構と、前記燃料カートリッジが前記所定位置にロックされた際、前記燃料カートリッジの燃料供給口および空気取込み口と前記循環系とを接続する接続部と、を備えている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等の電源として使用される燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯可能なノート型のパーソナルコンピュータ（以下、ノートＰＣと称する）、モバイル機器等の電子機器の電源としては、主に、リチウムイオンバッテリなどの二次電池が用いられている。近年、これら電子機器の高機能化に伴う消費電力の増加や更なる長時間使用の要請から、高出力で充電の必要のない小型燃料電池が新たな電源として期待されている。燃料電池には種々の形態があるが、特に、液体燃料としてメタノール溶液を使用するダイレクトメタノール方式の燃料電池（以下、ＤＭＦＣと称する）は、水素を燃料とする燃料電池に比べて燃料の取扱いが容易で、システムが簡易であることから、電子機器の電源として注目されている。
【０００３】
通常、ＤＭＦＣは、高濃度のメタノールが収容された燃料タンク、燃料タンクのメタノールを水によって希釈する混合タンク、希釈されたメタノールを起電部に圧送する送液ポンプ、および起電部に空気を供給する送気ポンプ等が設けられている。起電部はそれぞれアノードおよびカソードを有した複数のセルを積層したセルスタックを備え、アノード側に希釈されたメタノールを、カソード側に空気を供給することにより、化学反応によって発電を行う。発電に伴う反応生成物として、起電部のアノード側に炭酸ガスが、カソード側に水が発生する。反応生成物である水は蒸気となって排気される。起電部のカソード側からの排気はカソード流路を通って冷却器に送られ、ここで冷却され水分を凝縮させる。得られた水は回収され、メタノールの希釈に用いられる。
【０００４】
燃料を供給する燃料タンクには、いくつかの燃料充填方式がある。加圧ガスを充填した方式を除いて、他の多くの方式では、吐出した燃料の減少体積分だけ燃料タンク内部に空気、水などを充填して置換する必要がある。空気置換が必要な方式の燃料タンクは、通常、空気取入口を有し、この空気取入口は大気に開放されている。他の燃料タンクとして、カソードで生成された水、または、水および空気を燃料タンク内に回収することにより、燃料タンク内に設けられた可動仕切部を移動させて燃料を供給するものが提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−１１６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料タンクに設けられた空気取入口を大気に開放した構成とした場合、以下の問題が危惧される。  
第１に、燃料電池用の燃料液体は樹脂材料などに対する透過性が非常に強く、また、常温で揮発する。そのため、液体燃料の一部が燃料タンク内で気化し、空気取入口を通って外部へ放出される可能性がある。
【０００６】
第２に、大気から燃料タンク内に取り込んだ空気が汚染されていた場合、液体燃料に不純物が混入して燃料電池システム本体に供給される。そのため、不純物によって流路が閉塞されてしまう場合がある。また、セルの発電体に不純物、例えばイオン等が供給され、燃料電池出力が低下する可能性がある。
【０００７】
第３に、燃料タンク内部が温度上昇などで高圧になった場合、空気取入口に設けられた逆止弁等が破損され、燃料が逆流、噴出する可能性がある。液体状態での噴出以外にも揮発した燃料ガスが逆止弁等を通じて外部に放出される可能性もある。
【０００８】
一方、カソードで生成された水を回収する方式の燃料タンクでは、燃料の減少体積分とカソードで生成された水の量とが必ずしも一致しない場合がある。回収した水の量が少ない場合、燃料タンクから安定して燃料を供給することが困難となる。逆に、回収した水の量が多い場合、燃料タンクから燃料供給過剰になる可能性がある。
【０００９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料の漏出を防止し信頼性の向上した燃料電池装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するため、この発明の態様に係る燃料電池装置は、化学反応により発電を行う起電部と、燃料を供給する燃料供給口および空気を取込む空気取込み口を有し、燃料を収容した燃料タンクと、前記燃料タンクの燃料供給口から供給された燃料を前記起電部を通して循環させる燃料流路および前記起電部を通して空気を循環させる空気流路とを有し、前記起電部に燃料および空気を供給する循環系と、を備え、前記燃料タンクの空気取込み口は前記循環系内に接続されている。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成によれば、循環系から燃料タンク内に空気を取込むことができ、燃料の漏出を防止し信頼性の向上した燃料電池装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、この発明の第１の実施形態に係る燃料電池装置を備えた情報処理装置について詳細に説明する。  
図１および図２は、情報処理装置として、例えば、ポータブルコンピュータを示している。図１および図２に示すように、ポータブルコンピュータ１０は、機器本体１２とディスプレイユニット１３とを備えている。機器本体１２は、例えば合成樹脂で形成された筐体１４を備え、この筐体１４は、偏平な矩形箱状をなしている。筐体１４の上面中央部には、入力手段としてのキーボード１５が設けられている。筐体１４の上面前端部はパームレスト部１６を構成し、このパームレスト部のほぼ中央にはタッチパッド１８およびクリックボタン１７が設けられている。
【００１３】
筐体１４内には、後述する燃料電池装置、図示しないドライブユニット、電子部品が配設されている。また、筐体１４内には、収納スロット２０が形成されている。収納スロット２０は、筐体１４の一方の側面部に開口している。収納スロット２０には、燃料電池装置の一部を構成する燃料タンク２２が脱着自在に装填されている。筐体１４の側面部には、収納スロット２０の開口を開閉するとともに、燃料タンク２２を収納スロット内の所定位置にロックするロック機構６４が設けられている。
【００１４】
図１および図２に示すように、ディスプレイユニット１３は、偏平な矩形箱状のハウジング２５と、ハウジング内に収納された液晶表示パネル２６とを備えている。ハウジング２５はヒンジ部を介して、筐体４の後端部に回動自在に支持されている。これにより、ディスプレイユニット１３は、キーボード１５を上方から覆うように倒される閉じ位置と、キーボード１５の後方において起立する開き位置とに亘って回動可能となっている。
【００１５】
図３はポータブルコンピュータ１０の筐体１４内に配設された燃料電池装置３０を示している。燃料電池装置３０は、メタノールを液体燃料としたＤＭＦＣとして構成されている。図３に示すように、燃料電池装置１０は、起電部を構成したＤＭＦＣスタック３２、燃料タンク２２、および起電部に燃料および空気を供給する循環系３４を備えている。
【００１６】
燃料タンク２２は後述する収納スロット２０の形状に対応した細長い箱状に形成され、密閉構造を有している。燃料タンク２２は、燃料電池装置３０に対して脱着自在な燃料カートリッジとして形成されている。燃料タンク２２には、液体燃料として高濃度のメタノールが収容されている。燃料を消費した際、燃料タンク２２を容易に交換可能となっている。燃料タンク２２は、燃料を供給する燃料供給口２２ａおよび燃料タンク内に空気を取込む空気取込み口２２ｂを有している。燃料供給口２２ａおよび空気取込み口２２ｂは、例えば、燃料タンク２２の側面に形成されている。燃料電池装置の動作時、燃料タンク２２は、燃料供給口２２ａから吐出した燃料の体積分だけ、空気取込み口２２ｂから空気をタンク内に取込む。
【００１７】
循環系３４は、燃料タンク２２の燃料供給口２２ａから供給された燃料をＤＭＦＣスタック３２を通して循環させる燃料流路（液体流路系）３６、およびＤＭＦＣスタック３２を通して空気を含む気体を循環させる空気流路（気体流路系）３８、燃料流路内および空気流路内に設けられた複数の補機を有している。燃料流路３６および空気流路３８は、それぞれ配管等によって形成されている。
【００１８】
図４はＤＭＦＣスタック３２の積層構造を示し、図５は各セルの発電反応を模式的に示している。図４および図５に示すように、セルスタックとしてのＤＭＦＣスタック３２は、複数、例えば、４つの単セル１４０と、５枚の矩形板状のセパレータ１４２とを交互に積層して構成された積層体、および積層体を支持した枠体１４５を有している。各単セル１４０は、それぞれ触媒層とカーボンペーパとで構成されたほぼ矩形板状のカソード５２およびアノード４７、これらカソード、アノード間に挟持されたほぼ矩形状の高分子電解質膜１４４とを一体化した膜・電極接合体（ＭＥＡ）を備えている。高分子電解質膜１４４は、アノード４７およびカソード５２よりも大きな面積に形成されている。
【００１９】
３つのセパレータ１４２は、隣合う２つの単セル１４０間に積層され、他の２つのセパレータは、積層方向両端にそれぞれ積層されている。セパレータ１４２および枠体１４５には、各単セル１４０のアノード４７に燃料を供給する燃料流路１４６、および各単セルのカソード５２に空気を供給する空気流路１４７が形成されている。
【００２０】
図５で示したように、供給された燃料および空気は、アノード４７とカソード５２との間に設けられた電解質膜１４４で化学反応し、これにより、アノードとカソードとの間に電力が発生する。ＤＭＦＣスタック３２で発生した電力は、電池制御部５０を介してポータブルコンピュータ１０へ供給される。
【００２１】
図３に示すように、燃料流路３６に設けられた補機は、燃料タンク２２の燃料供給口２２ａに配管接続された燃料ポンプ４０、燃料ポンプ４０の出力部に配管を介して接続された燃料混合部４２、燃料混合部４２の出力部に接続された図示しない送液ポンプを備えている。送液ポンプの出力部は燃料流路３６を介してＤＭＦＣスタック３２のアノード（燃料極）に接続される。
【００２２】
ＤＭＦＣスタック３２のアノード４７の出力部は燃料流路３６および気液分離器４４を介して燃料混合部４２の入力部に接続されている。ＤＭＦＣスタック３２のアノードから排出される排出流体、つまり化学反応に用いられなかった未反応メタノール水溶液および生成された二酸化炭素は、気液分離器４４により互いに分離される。分離されたメタノール水溶液は燃料流路３６を通して燃料混合部４２に戻され、二酸化炭素は後述する気体流路５７を通して他の気液分離器５３へ送られる。
【００２３】
空気流路３８の上流端３８ａおよび下流端３８ｂは、それぞれ大気に連通している。空気流路３８に設けられる補機は、ＤＭＦＣスタック３２の上流側で空気流路３８の上流端近傍に設けられた吸気フィルタ４６、ＤＭＦＣスタック３２と吸気フィルタとの間で空気流路に接続された吸気ポンプ４８、ＤＭＦＣスタック３２の下流側で空気流路３８の下流端近傍に設けられた排気フィルタ５４、および、ＤＭＦＣスタック３２と排気フィルタとの間で空気流路に設けられた気液分離器５３を含んでいる。
【００２４】
吸気フィルタ４６は、空気流路３８に吸い込まれた空気中のゴミ、不純物等を捕獲し除去する。排気フィルタ５４は、空気流路３８から外部へ排気される気体中の副生成物を無害化するとともに、排気中の含まれている燃料ガス等を捕獲する。
【００２５】
気液分離器５３は、流体流路５６を介して燃料混合部４２に接続されている。また、気液分離器５３は、気体流路５７を介して気液分離器４４に接続されている。
【００２６】
一方、燃料タンク２２の空気取込み口２２ｂは、配管によって規定された気体流路６０を介して循環系３４に接続されている。本実施形態では、空気取込み口２２ｂは、吸気フィルタ４６と排気フィルタ５４との間で空気流路３８に接続され、例えば、ＤＭＦＣスタック３２の下流側と吸気ポンプ４８との間で空気流路３８に接続されている。気体流路６０には、燃料タンク２２の空気取込み口２２ｂから循環系３４への逆流を規制する逆止弁等のバルブ６２が設けられている。なお、図３に２点鎖線で示すように、空気取込み口２２ｂは、吸気フィルタ４６と吸気ポンプ４８との間、ＤＭＦＣスタック３２の下流側と気液分離器５３との間、あるいは、気液分離器５３と排気フィルタ５４との間、で空気流路３８に接続されていてもよい。
【００２７】
図６は、燃料タンク２２をポータブルコンピュータの収納スロット２０に装填する状態を示し、図７は、燃料タンク２２が収納スロットの所定位置に装填され、ロックされた状態を示している。また、図８は、燃料電池装置３０の循環系３４と燃料タンク２２との接続部を拡大して示している。
【００２８】
図１、図２、図６および図７に示すように、燃料タンク２２は、交換可能な燃料カートリッジとして構成されている。燃料タンク２２は、収納スロット２０の開口を通して、収納スロット内に装填および取出しされる。
【００２９】
燃料電池装置３０は、収納スロット２０内の所定位置、すなわち、循環系３４と接続される位置、に装填された燃料タンク２２をこの所定位置にロックするロック機構６４を備えている。ロック機構６４は、ポータブルコンピュータ１０の筐体１４の側面部に設けられた板状のカバー部材６６、およびカバー部材から突出した係合部６８を有している。カバー部材６６は、筐体１４の側面部に、収納スロット２０の開口を開放するロック解除位置と、収納スロットの開口を覆って閉塞するロック位置との間を移動可能に取付けられている。
【００３０】
係合部６８には、循環系３４の燃料流路３６を形成している燃料配管３６ａ、および気体流路６０を形成している気体配管６０ａが接続されている。また、係合部６８には、燃料タンク２２の燃料供給口２２ａに係合可能な第１接続凸部７０、および燃料タンク２２の空気取込み口２２ｂに係合可能な第２接続凸部７１が形成されている。第１接続凸部７０および第２接続凸部７１は、それぞれ燃料配管３６ａ、気体配管６０ａに接続されている。
【００３１】
図６に示すように、燃料タンク２２を収納スロット２０に装填する場合、ロック機構６４のカバー部材６６を係合部６８とともにロック解除位置に移動させた状態で、燃料タンク２２を収納スロット２０の開口から収納スロット内に挿入する。続いて、図７に示すように、燃料タンク２２を収納スロット２０の奥まで挿入した後、カバー部材６６を閉塞位置に移動させ、収納スロットの開口を閉塞するとともに、カバー部材６６によって燃料タンク２２の移動を規制する。これにより、燃料タンク２２は収納スロット２０内の所定位置にロックされる。
【００３２】
また、図７および図８に示すように、カバー部材６６がロック位置に移動されると、係合部６８に設けられた第１および第２接続凸部７０、７１が燃料タンク２２の燃料供給口２２ａ、空気取込み口２２ｂにそれぞれ嵌合される。これにより、循環系３４の燃料流路３６が燃料タンク２２の燃料供給口２２ａに接続されるとともに、気体流路６０が燃料タンクの空気取込み口２２ｂに接続される。
【００３３】
図８に示すように、燃料タンク２２の燃料供給口２２ａ、空気取込み口２２ｂ、および係合部６８の第１および第２接続凸部７０、７１は接続部を構成し、この接続部は、燃料タンク２２が所定位置にロックされた際、燃料供給口および空気取込み口と循環系３４とを接続する。燃料供給口２２ａには、この燃料供給口２２ａを開閉する常閉型のバルブ７２ａが設けられている。空気取込み口２２ｂには、この空気取込み口２２ｂを開閉する常閉型のバルブ７２ｂが設けられている。また、第１接続凸部７０内には、この第１接続凸部内の連通路を開閉する常閉型のバルブ７４ａが設けられている。第２接続凸部７１内には、この第２接続凸部内の連通路を開閉する常閉型のバルブ７４ｂが設けられている。
【００３４】
収納スロット２０から燃料タンク２２と取り外した状態において、燃料タンクの燃料供給口２２ａおよび空気取込み口２２ｂは、それぞれバルブ７２ａ、７２ｂによって閉じられている。同様に、係合部６８の第１および第２接続凸部７０、７１の連通路は、それぞれバルブ７４ａ、７４ｂによって閉じられている。そして、燃料タンク２２を収納スロット２０の所定位置に装填し、ロック機構６４のカバー部材６６をロック位置へ移動させることにより、第１および第２接続凸部７０、７１が燃料タンク２２の燃料供給口２２ａ、空気取込み口２２ｂにそれぞれ嵌合し、バルブ７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂが開放される。これにより、循環系３４の燃料流路３６が燃料タンク２２の燃料供給口２２ａに接続されるとともに、気体流路６０が燃料タンクの空気取込み口２２ｂに接続される。
【００３５】
上記のように構成されたポータブルコンピュータ１０において、燃料電池装置３０を電源として用いる場合、まず、メタノールを収容した燃料タンク２２を前記したように、収納スロット２０に装填し、ロック機構６４により接続位置にロックする。これにより、燃料タンク２２を燃料電池装置３０の循環系３４に接続する。
【００３６】
この状態で、燃料電池装置３０の発電を開始する。この場合、電池制御部５０の制御の下、燃料ポンプ４０および吸気ポンプ４６を作動させる。燃料ポンプ４０により、燃料流路３６を通して燃料タンク２２から燃料混合部４２に高濃度のメタノールが供給され、ＤＭＦＣスタック３２から還流する溶媒としての水と混合され所定の濃度に希釈される。燃料混合部４２内で希釈されたメタノール水溶液は、燃料流路３６を通してＤＭＦＣスタック３２のアノード４７に供給される。
【００３７】
一方、吸気ポンプ４６により、空気流路３８の上流端から空気流路内に大気、つまり、空気が吸い込まれる。この空気は吸気フィルタ４６を通り、ここで、空気中の不純物が除去される。吸気フィルタ４６を通過した後、空気は、空気流路２８を通りＤＭＦＣスタック３２のカソード５２へ供給される。
【００３８】
ＤＭＦＣスタック３２に供給されたメタノール水溶液および空気は、アノード４７とカソード５２との間に設けられた電解質膜１４４で電気化学反応し、これにより、アノード４７とカソード５２との間に電力が発生する。ＤＭＦＣスタックで発生した電力は、電池制御部５０を介してポータブルコンピュータ１０へ供給される。
【００３９】
電気化学反応に伴い、ＤＭＦＣスタック３２には反応生成物として、アノード４７側に二酸化炭素、カソード５２側に水が生成される。アノード４７側に生じた二酸化炭素および化学反応に供されなかったメタノール水溶液は燃料流路３６を通って気液分離器４４に送られ、ここで、二酸化炭素とメタノール水溶液とに分離される。メタノール水溶液は、気液分離器４４から燃料流路３６を通して燃料混合部４２へ送られ再度、発電に用いられる。二酸化炭素は、気体流路５７を通って気液分離器５３へ送られ、更に、空気流路３８、排気フィルタ５４を通って外部へ排気される。
【００４０】
ＤＭＦＣスタック３２のカソード５２側に生じた水は、その大部分が水蒸気となり空気とともに空気流路３８に排出される。排出された水および水蒸気は、気液分離器５３へ送られる。気液分離器５３において、水蒸気は冷却されて大部分が凝縮して水となる。ここで生じた水および排出された水は、流体流路５６を通って燃料混合部４２へ送られ、メタノールと混合された後、再びＤＭＦＣスタック３２へ供給される。
【００４１】
また、気液分離器５３に送られた空気および空気中に飛沫したメタノールは排気フィルタ５４に送られ、ここで、メタノールが排気フィルタによって除去される。空気は排気フィルタ５４を通り、空気流路３８の下流端から外部に排気される。
【００４２】
一方、燃料電池装置１０の動作中、燃料タンク２２から燃料が供給され、燃料タンク内の燃料が減少する。これに伴ない、燃料の体積分だけ、空気取込み口２２ｂから燃料タンク２２内に空気が取込まれ、燃料の体積減少分が空気に置換される。この際、空気は燃料電池装置３０の循環系３４から取込まれる。ここでは、吸気フィルタ４６および吸気ポンプ４８を通過した空気が空気流路３８から、気体流路６０を通って燃料タンク２２に取込まれる。
【００４３】
以上のように構成された燃料電池装置１０によれば、燃料タンク２２の空気取込み口は、燃料電池装置３０の循環系３４内に接続されている。燃料電池装置３０は吸気中の不純物を捕獲する吸気フィルタ４６と、排気中の副生成物を無害化するための排気フィルタ５４等を備えていることから、循環系３４内には汚染された気体は混入しない。そのため、循環系３４から燃料タンク２２に取込まれ置換される空気は、燃料電池システム本体の内部循環に用いられている空気、もしくは吸気フィルタを通って浄化された空気を使用することができ、燃料タンク２２内への汚染空気や異物の混入を防止することができる。
【００４４】
また、万が一燃料タンク２２内部が高圧となり、空気取込み口から燃料が逆流、噴出した場合でも、これらの燃料は気体流路６０を通して燃料電池装置３０の循環系３４内に送られるため、外部への影響は生じない。
【００４５】
燃料タンク２２の空気取込み口２２ｂを循環系３４の空気流路で排気フィルタよりも上流に接続することにより、揮発した燃料ガスが燃料タンク２２の空気取込み口から逆流した場合にも、燃料ガスは排気フィルタによって無害化された状態で外部に放出される。更に、燃料タンク２２の空気取込み口に接続された気体流路６０に逆流防止機構として逆止弁等のバルブ６２を設けることにより、空気取込み口からの燃料の逆流を防止することができる。
【００４６】
また、燃料電池装置３０はロック機構６４を備え、燃料タンク２２を正規の位置にロックするとともに収納スロット２０の開口を閉じる構成としている。また、燃料タンク２２を所定位置にロックしたときに初めて、燃料タンク２２の燃料供給口および空気取込み口が開放し、循環系３４に接続される。そのため、カバー部材６６の閉め忘れや燃料タンク２２の誤装填を防止することができ、信頼性および安全性の向上を図ることができる。
【００４７】
次に、この発明の第２の実施形態に係る燃料電池装置について説明する。図９に示すように、第２の実施形態によれば、燃料タンク２２の空気取込み口２２ｂは、配管によって規定された気体流路６０を介して循環系３４の気液分離器５３に接続されている。気体流路６０には、燃料タンク２２の空気取込み口２２ｂから循環系３４への逆流を規制する逆止弁等のバルブ６２が設けられている。図９に２点鎖線で示すように、空気取込み口２２ｂは、気液分離器４４、あるいは、ＤＭＦＣスタック３２の下流側と気液分離器４４、５２との間で、空気流路３８あるいは燃料流路３６に接続されてもよい。  
第２の実施形態において、他の構成は前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４８】
第２の実施形態によれば、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、内部圧力の上昇した燃料タンクを装填し、空気取込口から液体状態の燃料が逆流した場合でも、逆流燃料を気液分離器あるいはその近傍に戻すことができる。そのため、逆流燃料を気液分離器を通して循環系３４の燃料流路に戻すことができ、燃料装置外部への漏出を防止することができる。
【００４９】
次に、この発明の第３の実施形態に係る燃料電池装置について説明する。図１０に示すように、第３の実施形態によれば、循環系３４は、吸気フィルタ４６の上流側で空気流路３８の上流端３８ａに設けられた第１開閉バルブ７４ａと、排気フィルタ５４の下流側で空気流路の下流端３８ｂに設けられた第２開閉バルブ７４ｂと、を有している。第１および第２開閉バルブ７４ａ、７４ｂの開閉は、電池制御部５０によって制御される。例えば、ポータブルコンピュータあるいは燃料電池装置３０の非動作時等に、第１および第２開閉バルブ７４ａ、７４ｂは電池制御部５０の制御の下で閉じられ、空気流路３８を外部から完全に遮断する。
【００５０】
第３の実施形態において、他の構成は前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５１】
第３の実施形態によれば、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、装置の非動作時に吸気フィルタ４６の上流側と排気フィルタ５４の下流側を第１および第２開閉バルブ７４ａ、７４ｂで閉じることにより、燃料タンク２２を付けたままでも燃料電池装置を外気と遮断することができる。
【００５２】
図１１に示す第４の実施形態によれば、循環系３４は、配管６０ａ（第１配管）によって規定され燃料タンク２２の空気取込み口２２ｂと燃料電池装置３０の循環系３４内とを接続した気体流路６０と、気体流路６０に設けられ空気取込み口２２ｂから循環系３４への逆流を規制する逆止弁等のバルブ（第１バルブ）６２と、を有している。また、循環系３４は、空気取込み口２２ｂとバルブ６２との間で気体流路６０から分岐し、燃料流路３６に連通した第２配管７６と、第２配管に設けられ、燃料流路側から空気取込み口側への流体の流れ規制し、空気取込み口２２側から燃料流路側への流体の流れを許容するバルブ７７（第２バルブ）と、を備えている。
【００５３】
上記構成によれば、温度上昇などで燃料タンク２２内部が高圧となった場合、空気取込み口２２ｂから空気流路への燃料の逆流を防止するだけではなく、逆流した燃料を燃料流路へ逃がすことで、燃料タンク内の圧力を逃がすことができる。これにより、信頼性および安全性の向上を図ることが可能となる。
【００５４】
第４の実施形態において、他の構成は前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。そして、第４の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５５】
なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００５６】
例えば、燃料タンクの燃料供給口および空気取込み口は、燃料タンクの側面に限らず、必要に応じて他の位置に設けても良い。図１２および図１３に示すように、燃料供給口２２ａおよび空気取込み口２２ｂは、燃料タンク２２の挿入側の端面に端面に設けてもよい。この場合、第１接続凸部７０および第２接続凸部７１を有した係合部６８は、収納スロット２０の底部に設けられている。燃料タンクの形状は矩形箱状に限らず、種々変更可能である。
【００５７】
燃料タンクは、脱着可能なカートリッジに限らず、固定型としてもよい。固定型の燃料タンクでは、燃料が消費されて無くなった場合、新たな燃料が燃料タンクに補充される。この発明に係る燃料電池装置は、上述したポータブルコンピュータに限らず、モバイル機器、携帯端末等の他の電子機器の電源としても使用可能である。燃料電池の形式としは、ＤＭＦＣに限らず、ＰＥＦＣ（Polymer Electrolyte   Fuel Cell）等の他の形式としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、この発明の第１の実施形態に係る燃料電池装置を備えたポータブルコンピュータおよび燃料タンクを示す斜視図。
【図２】図２は、前記ポータブルコンピュータに燃料タンクを装填した状態を示す斜視図。
【図３】図３は、前記燃料電池装置の循環系の構成を主に示すブロック図。
【図４】図４は、前記燃料電池装置の起電部を概略的に示す断面図。
【図５】図５は、前記起電部のセル構造を模式的に示す図。
【図６】図６は、前記燃料電池装置の収納スロットに燃料タンクを装填する状態を示す図。
【図７】図７は、前記収納スロットに装填された燃料タンクおよびロック機構を示す図。
【図８】図８は、前記燃料タンクと循環系との接続部を拡大して示す断面図。
【図９】図９は、この発明の第２の実施形態に係る燃料電池装置の循環系の構成を主に示すブロック図。
【図１０】図１０は、この発明の第３の実施形態に係る燃料電池装置の循環系の構成を主に示すブロック図。
【図１１】図１１は、この発明の第４の実施形態に係る燃料電池装置の循環系の配管構造およびバルブを示す図。
【図１２】図１２は、この発明の変形例に係る燃料タンクおよびロック機構を示す図。
【図１３】図１３は、上記変形例に係る燃料タンクおよびロック機構を示す図。
【符号の説明】
【００５９】
１０…ポータブルコンピュータ、１２…機器本体、１３…ディスプレイユニット、
１４…筐体、２０…収納スロット、２２…燃料タンク、２２ａ…燃料供給口、
２２ｂ…空気取込み口、３２…ＤＭＦＣスタック、３４…循環系、３６…燃料流路、
３８…空気流路、４７…カソード、５２…アノード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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